DE768006C - Heissstrahltriebwerk zum Vortrieb von Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

• Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von Luftfahrzeugen Die Erfindung bezieht -sich auf ein Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb vorn Luftfahrzeugen, bestehend aus einem Verdichter, Brennkammern und einer den Verdichter antreibenden Gasiturb:ine mit anschließender Rückstoßdüse.
• Bei Heißstrahltriebwerken Üt es bekannt, den Kraftstoffbehä:ltter mit der Betriebsluft derart leitend zu verbinden, da:ß zier flüssige Kraftstoff durch den auf dem Flüssigkeitsspiegel lastenden Betriebsdruck in den Brenner getrieben wird.
• Diese Art der genügt zwar fürkleine Leistung; bei größerer Triebwerksleistung versagt sie jedoch. Es zeigt sich nämlich, daß bei größerer Leistung die Geschwindigkeit der Betriebsluft so hohe Werte erreicht, daß mit dem auf bekannte Art eingebrachten Kraftstoff kein zufriedenstellendes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet wird, sondern die Flamme rußt oder sogar abreißt. Offenbar sind die mit einer auch noch so feinen Düse eingebrachten Flüssigkeitsteilchen zu große, al:s daß sie in der kurzen Zeit, die wegen der hohen Durchsatzgeschwi.nd@igkei.t nur zur Verfügung steht, verdampfen und ein gut brennfähiges Gemisch bilden könnten.
• Diesem Übelstand wird gemäß der Erfindung dadurch abgeholfen, d@aß der in die Brennkammern einzuführende Kraftstoff ,durch einen und zusammen mit einem ununterb,rochen fließenden Kraftstoffdruckluftstrom mit einem über dem Druck in der Brennkamme.r liegenden Druck eingespritzt wird. Dabei ist die Druckerhöhung des Kraftstoffes wesentlich größer als die Verluste durch Reibung, Leitung usw. Der Kraftstoff kommt also noch mit Überdruck in die mit Verbrennungsluft angefüllte Brennkammer hinein und wird durch die plötzliche Druckentlastung gemeinsam mit der Kraftstoffdruckluft, in welche er eingebettet war, zerstäubt. Die Mischung zwischen Kraftstoff und Kraftstoffdruckluft erfolgt nicht erst in der Brennermündung, sondern bereits in -den dein Brenner vorgeschalteten Leitungen.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen. daß die zur Einspritzung des Kraftstoffes notwendige Druckluft dem Arbeitsluftstrom hinter dem Axialverdichter entnommen und durch einen besonderen ein-oder mehrstufigen Verdichter auf den höher liegenden Einspritzdruck weiterverdichtet "wird.
• Es ist zwar ein Verfahren zum Betrieb einer stationären Brennkraftturbinenanlage bekannt, gemäß welchem zwecks Reduzierung der Verdichterleistung die Verbrennungsluft von der Kühlluft in der Weise getrennt wird, daß nur die Verbrennungsluft auf einen um so viel höheren Druck gebracht wird, daß die Druckverluste gedeckt werden, die durch Reibung usw. vor dem Eintreten in die Brennkammer entstehen. Da innerhalb der Brennkammer Gleichdruck herrscht und die Mischung zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft erst im Brenner erfolgt, kann durch diese Einrichtung die mit der vorliegenden Erfindung gestellte Aufgabe nicht gelöst «-erden.
• Der Verdichter für die Kraftstoffdruckluft kann nach der Erfindung sowohl unmittelbar von der Turbinenwelle als auch durch eine besondere Antriebsmaschine, z. B. durch einen Elektromotor. angetrieben werden. Im ersten Fall ist es während des Anlassens des Triebwerkes zweckmäßig, den Kraftstoffdruckluftverdichter von der Turbinenwelle abzukuppeln und fremd anzutreiben oder die Druckluft für die Kraftstoffeinspritzung einem Vorratsbehälter zu entnehmen, der während des normalen Laufes wieder aufgefüllt wird. Das Gemisch aus Kraftstoff und Kraftstoffdruckluft kann durch Drosselglieder in den Förderleitungen in weiten Grenzen regelbar geändert werden.
• Die durch die Erfindung erzielte neuartige Wirkung besteht darin. daß der Kraftstoff in allen Betriebsfällen, also auch bei forciertem Betrieb des Heißstrahltriebwerkes, gut zerstäubt wird, ferner darin, daß das Anlassen des Triebwerkes erleichtert wird, daß sich der Einspritzdruck automatisch entsprechend der Förderung des Verdichters und entsprechend dem Innendruck der Brennhammer einstellt und schließlich, daß die Einspritzgesch-,vindigkeit sich den Betriebsbedingungen anpaßt.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsl-)eispiel der Erfindung wesenhaft dargestellt. Innerhalb derwindschnittigen Verkleidung i ist ein mehrstufiger, axial durchströmter Verdichter 2 angeordnet, der über eine Welle 3 von einer Gasturbine .I angetrieben wird. Die zur Aufbereitung des Treibmittels für das Heißstrahltriebwerk dienende Lufttritt durch die stirnseitige Eintrittsöffnung 5 mit Fahrgeschwindigkeit ein und wird von dem Nerdichter z unter Erhöhung ihres Druckes in die vor der Turbine ,I liegende Turbinenbrennkammer 6 gefördert, in welcher durch fortlaufende Kraftstoffeinspritzung Gleichdruckverbrennung aufrechterhalten wird. Zur Verbrennung der eingeführten Kraftstoffmenge wird nur ein Teil der die Brennkammer durchsetzenden Luft benötigt, während der restliche Teil zur Verringerung der Treibmitteltemperatur und zur Vergrößerung der Stützmasse dient. Das in der Brennkammer aufbereitete Treibmittel beaufschlagt die Turbine d. und gibt die zum Antrieb des Verdichters und der angeschlossenen -Nebengeräte notwendige Energie an diese ab. Die Turhinenabgase durchströmen die nachfolgende Brennkammer 7 (Düsenbrennkammer) und entspannen sich unter Umwandlung ihrer restlichen potentiellen Energie in kinetische durch die Rückstoßdüse S.
• In der Düsenbrennkammer 7 kann hinter der Turbine :I dem Abgasstrahl weiterer Kraftstoff zugeführt werden; dieser verbrennt durch Selbstzündung infolge der hohen Abgastemperatur in dem Luftrestgehalt und vermehrt die potentielle Energie des Abgasstrahles. Dadurch wird eine regelbare Veränderung des in der Rückstoßdüse auszunutzenden Arbeitsgefälles ermöglicht und im Augenblick der erhöhten Leistungsanforderung, z. B. beim Starten und Steigen des Luftfahrzeu,ges, durch Einführen der entsprechenden Israftstoffmenge augenblicklich die notwendige Überschußleistung erzielt.
• Der in die beiden Brennkammern 6 und ; eingeführte Kraftstoff wird von einer Kraftstoffpumpe g aus dem Kraftstoffbehälter io über die Ansaugleitung i i in die Turbinenkraftstoffleitung 1z und in die Düsenkraftstoffleitung 13 gefördert und gelangt von dort durch die Wirkung des in der Druckluftleitung 14 ununterbrochen fließenden Druckluftstromes über die Turbinengemischleitung 15 und/oder die Düsengemischleitung 16, durch die Krafts.toffeinspritzdüsen i;, 18 zerstäubt, in die Brennkammern 6 und 7. Die Kraftstoffdruckluft wird dem Arbeitsluftstrom hinter ,dem Verdichter i entnommen und von dem Radialverdiohter i9 auf den erforderlichen Einspritzdruck weiterverdichtet.
• Der Radiialvdrdichter kann, wie esi in der Zeichnung dargestellt ist, über ein Kegielradge@triebe 2o und eine Welle 2,1 direkt von der Turbinenwelle 3angetrieben werden, so daß dessen Leistung sich gleichzeitig mit der der Turbine oder des Axialverdichters2 ändert; jedoch ist es ebenfalls möglich, eine eigene Antriebsmaschine, z. B. einten Elektromotor 22, zum Antrieb des Radialvemdichters, zu verwenden. Besondere Vorteile bietet eine Kombination .der beidien Antriebe, wenn zwischen Turbinenwelle 3 und Radialverdichter ig eine Freilaufkupplung 23 angeordnet ist, die beim Abfall der GastuTbinendreh:zahl unter einen bestimmten Grenzwert den Tu.rbinenwellenantrieib auskuppelt und den Elektromotor selbsttätig einschaltet, so daß der Radfalverdichter ig, wie es, z. B. während des Anlassers erforderlich ist, mit :höherer Drehzahl betrieben werden kann. Bei einem alleimigen Antrieb des Radialverdichters von der Turbinenwelle aus wird zum Anlassen des Heißstrahltriebwerkes die Einspritzdruckluft einem besonderen Druckluftbehälter 24 entnommen, .der über die Leitung 25 durch ein Drosselglied 26 der Druckluftleitung 14 zu-oder abgeschaltet werden kann. Ein Ventil 27 in deT Druckluftleitung 14 dient zur Einstellurig :der Durch-uß@menge, während: eint Rücks:chlagventil28 den Übertritt der Druckluft aus dem Druckl:uftbehäliter 24 in diese Leitung beim Anfahren verhindert. Den Verbrennungsvorgang leitet innerhalb der Brennkammer 6 eine Zündeinrichtung 29 ein, die nach erfolgtem Anfahren abgeschaltet wird.
• Das Verhältnis von Kraftstoffmenge zur Kraftstoffdruckluft isst durch -die Drosselglieder 26, 2,7, welche die Druckluftmenge steuern, und :das Drosselorgan 30 in der Birennsitoffpumpenrückströmleitung 31, welches die Kraftsitoffmenge -beeinflußt, frei einstellbiar. Das, Zu- und Abschaltender Düsenbrennkammern für erhöhte Leistung oder Reiseleistung des Heiß,s.trahltriebwerkes erfolgt,durch die Steuerglieder 32, 33, die einen Kraftstoffdruckluftzustrom in die Düsenbrennkammer 6 gestatten oder unterbinden.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Heißstrahltriebwerk zum Vortrieb von Luftfahrzeugen, bestehend aus. einem Verdichter, Brennkammern und einer den Verdichter .antreibenden Gasturbine mit anschließender Rückstoßdüse, dadurch gekennzeichnet, d:aß der in :die Brennkammern einzuführende Kraftstoff durch einen und zusammen mit einem ununterbrochen fließenden Kraftstoffdrueklufts@trom mit einem über dem Druck in der Brennkammer liegenden Druck eingespritzt wird.
2. 2. HeiZstrahltrieb:werk nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Einspritzung des Kraftstoffes notwendige Druckluft dem Arbeitsluftstrom hinter .dem Axialverdichter (2) entnommen und .durch einen (besonderen ein- oder mehrsitufigen Verdichter (i g) auf den höher liegenden Einspritzdruck weiterverdichtet wlird.
3. 3. Heißstrahltriebwerk nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (ig) zur (Weiter-) Verdichtung der Kraftstoffdruckluft von der Turbinenwelle (3) ,angetrieben wird.
4. 4. Heißstrahltriebwerk nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter (ig) zur Verdichtung der Kraftstoffdruckluft eine eigene Anfiriebsan,aschine (22) besitzt, die beim Anfahren des Heiß:sitrahltriebwerkes oder dauernd Leistung .an ,den Verdichter (1g) abgibt.
5. 5. Heiß sitrahltriebwerknach hAnspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß indem Verdichterantrieb von der Turbinenwelle (3) eine Freilaufkupplung (23) eingeschaltet isst, die den Verdichter (ig) :bei Abfall unter eine bestimmte Drehzahl selbsttätig entkuppelt.
6. 6. Heißstrahltriebwerk nach den Ansprüchen i bis 5, gekennzeichnet .durch die Anordnung von Drosselgliedern (26, 27, 30) in der Kraftstoffansiaugleitung (ii) und in der Drwckluftförderlei.tunig (14) zur regelibaren Einstellung des einzuspritzenden Kraftstoffdruckluftgemisches.
7. 7. Heißstrahltriebwerk nach den Ansprüchen i bis 6, gekennzeichnet :durch einen besonderen Druckluftbehälter (24), dem beim Anfahren des Triebwerkes Druckluft zur Kraftstoffeinspritzung entnommen wird, während die Gebläseförderleistunig (14) durch ein Rück6chlagventil (28) geschlossen ist. Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: Schweizerische Patentschrift Nr. 202 936; französische Patentschrift Nr. 522 163.